肠道微生态介导慢性疾病发生发展和干预策略

秦环龙 沈通一 马延磊 杨永志 石忱长 高仁元 陈启仪 田宏亮 黄林生 尹 芳

人体肠道内定植的细菌高达1 000种，总量达100万亿之多。在生命进程当中，人体微生态系统中的微生物种群的数量和比例会发生改变，进而对机体生理功能变化产生重要影响。流行病学调查发现，肠道微生态与慢性肠道共病的发生密切相关。肠道菌群失衡除了导致消化道疾病之外，与心脑血管疾病、肥胖、糖尿病、自身免疫病、癌症等发生和发展亦紧密相关。近年来，全世界肥胖、便秘、炎症性肠病(IBD)和结直肠癌(CRC)等肠道慢性疾病呈高速增长趋势，引起医学界特别重视的是，便秘可诱发CRC、阿尔兹海默病(AD)等心脑血管疾病，甚至导致死亡。随着人们生活节奏的加快和饮食结构的改变，慢性功能性便秘已成为一种常见疾病，具有多种危害，如加重心脑血管疾病和直肠肛门疾病病情、增加CRC罹患风险等，目前的药物治疗具有诸多局限性，易引发并发症。随着对慢性功能性便秘与肠道微生态关系研究的深入，慢性功能性便秘的微生态治疗已成为治疗的一个重要方向。

肠道菌群失衡与疾病发生的关系引起科学界的广泛关注。目前，肠道慢性共病面临前期诊疗体系不完善，不能有效实现疾病的早发现、早治疗，无法有效改善预后的难题。因此，为寻找肠道慢性疾病早期诊断的有效方法并提高治疗效果，减轻患者的痛苦，本项目组重点关注肠道微生态与肥胖、高脂饮食、慢性便秘、肠屏障损伤和CRC发生、发展的关系，通过一系列基础和临床研究揭示其中关键作用机制，发现具有潜在临床慢性共病检测的生物靶标，已有多项创新性发现，为进一步从肠道微生态角度探究慢性肠道共病提供了一种全新的思路,同时也为寻求治疗肥胖、便秘、CRC等慢性共病开拓了新的视野。

1 慢性疾病患者肠道菌群的改变

1.1 肥胖患者与健康人群肠道菌群差异巨大 与健康人群相比，肥胖患者肠道菌群中有益菌，包括双歧杆菌属、抗炎性粪肠杆菌属(Faecalibacterium)、产丁酸的瘤胃菌科(Ruminococcaceae)都显著减少；而芽孢杆菌属(Bacillus)和其他潜在机会性致病菌如梭菌属(Fusobacterium)、埃希-志贺菌属(Escherichia-Shigella)显著增多。此外，体重介于健康与肥胖之间的超重人群，其肠道菌群结构改变频率介于健康人与肥胖者之间，表明与肥胖相关的肠道菌群结构随着肥胖的进程发生规律性变化。

1.2 高脂饮食与健康人群的肠道菌群存在巨大差异 与健康人群相比，高脂饮食人群肠道菌普氏菌属(Prevotella)、营养缺陷菌属(Abiotrophia)丰度的差异显著。对社区中高脂饮食人群进行微生态法干预(在饮食中添加益生菌的同时进行膳食干预)，发现能有效改变高脂饮食人群粪便的多样性、结构和丰度，表现为干预后肠道菌群多样性提高，某些潜在致病菌的丰度降低，包括拟杆菌属(Bacteroides)、梭菌属、假单胞菌(Pseudomonas)等，有益菌的丰度增高，如普氏菌、普氏粪杆菌(Faecalibacteriumprausnitzii)、粪球菌属(Coprococcus)和吉米菌属(Gemmiger)等。

1.3 发现CRC不同发展阶段患者肠道菌群的规律性变化 通过对CRC、腺瘤患者和正常对照组人群的粪便样本菌群进行全面测序分析，发现CRC和腺瘤患者特异性的菌群谱：在门水平，腺瘤组的厚壁菌门和放线菌门丰度显著降低，变形菌门和梭杆菌门丰度逐渐增高；属水平鉴定发现67种细菌显著变化。CRC组的厚壁菌门和放线菌门的丰度较正常对照组显著降低，变形菌门、拟杆菌门和梭杆菌门的比例均显著低于正常对照组。属水平上CRC组共有 148 种细菌发生显著变化。本项目组发现具有规律性增加特征的中国CRC患者肠道“核心菌群”——具核梭杆菌(Fusobacteriumnucleatum)。

1.4 发现慢性便秘患者肠道菌群的规律性变化 收集同济大学附属第十人民医院微生态门诊诊断为慢性便秘患者的粪便样本，进行16S rRNA菌群测序、宏基因组测序和组学分析后发现，与健康人群相比，便秘人群Prevotella-9菌属的丰度较低，埃希-志贺菌属丰度较高，双歧杆菌属中的齿双歧杆菌(Bifidobacteriumdentium)丰度在健康人群中富集，而青春双歧杆菌(Bifidobacteriumadolescentis)和动物双歧杆菌(Bifidobacteriumanimalis)在便秘人群中高度富集。乳酸杆菌属的乳双歧杆菌(Lactobacillusoris)和罗伊乳杆菌(Lactobacillusreuteri)在健康人群中富集。经微生态制剂治疗后，粪肠杆菌属、Prevotella-9菌属、罕见小球菌属(Subdoligranulum)、芽孢杆菌属等10种菌属丰度较治疗前增高，拟杆菌、副杆菌属(Parabacteroides)、Alistipes、埃希-志贺菌属、布劳特菌属(Blautia)、毛螺菌属(Lachnoclostridium)、考拉杆菌属(Phascolarctobacterium)等11种菌属丰度较治疗前降低。确定慢性便秘患者核心菌群为埃希-志贺菌属、芽孢杆菌、乳酸链球菌(Lactococcus)和粪肠杆菌。

2 肠道微生态针对不同的慢性共病干预措施和手段

肠道微生态治疗作为近些年兴起的一种新的治疗方法，在各种肠道内外疾病中逐渐显露出重要性，微生态干预的目标是重新构建患者的肠道微生态系统，恢复肠道菌群的多样性，最终使原先肠道内的紊乱菌群达到平衡。本项目组综合应用菌群移植、益生菌、益生元、营养支持和外科干预等特色技术，实现肠道内外疾病的有效治疗，系统性地提出肠道微生态治疗的理念和方法，开辟肠道微生态治疗复杂肠道功能疾病的新模式。建立国内专科化的慢性便秘诊治中心，制定慢性便秘患者的疾病评价标准和阶梯、分级治疗策略，降低传统泻剂依赖性，开创我国利用肠道微生态治疗肠动力障碍疾病的新局面。率先对顽固型便秘患者开展粪菌移植治疗，其临床改善率和缓解率均远超常规保守治疗。本项目组开展了国际上首个临床高质量随机对照试验，证实粪菌移植可改善慢性便秘，3个月后便秘临床改善率约为50%，临床缓解率约为37.5%，治疗过程中和随访期间均未出现严重并发症。对359例慢传输型住院便秘患者进行粪菌移植治疗，在粪菌移植后第12周，每周排便次数由1.5次增至4.3次；临床治愈率为40.2%，临床改善率为60.5%，结肠传输时间由76.8 h缩短至64.2 h。在门诊对800余例慢性便秘患者予以益生菌保健品(商品名为合生元)治疗1个月，其中100例治疗达3个月以上，随访发现微生态治疗的临床有效率(表现为排便次数增加)达到40%，并减少并发症(腹胀、食欲不振等)的发生。53例慢性便秘患者服用合生元3个月后，排便次数较治疗前显著增加，腹胀、食欲不振症状和焦虑情绪明显缓解，泻剂依赖性发生率显著降低，在治疗过程中无不良反应发生。

为进一步在肠道微生态相关慢性疾病治疗上取得更大的进展和突破，在秦环龙教授的积极推进下，由同济大学附属第十人民医院牵头，联合上海市普陀区人民医院和上海交通大学附属第六人民医院的医学专家，在上海市普陀区人民医院建立国内第1个肠功能康复专科，并于2018年10月成为新一轮上海市医学重点专科——肠功能康复专科。主要针对与微生态相关的慢性疾病进行治疗，初步探索出对于微生态相关慢性疾病应用益生菌移植、肠内外营养和药物联合的治疗方案，治疗有效率达85%以上。

3 取得的成果

本项目先后得到同济大学先导项目、上海市级医院新兴前沿技术联合攻关项目、国家自然科学基金面上和重点项目、国家高技术研究发展计划的资助，资助金额近千万元。本项目发表SCI收录论文20余篇，最高影响因子(IF)为20.77，IF>10的论文4篇，1篇被评为ClinicalMedicine学术领域年高引最优秀前1%论文；获国家发明专利1项；主编专著2部(含我国第1部肠屏障专著)。研究成果参加国内外会议交流百余次，被全国十多所三级甲等医院应用。本项目促进了胃肠学与微生态学交叉学科的发展，极大地提升了我国在慢性肠道疾病领域的研究水平和国际影响力。